如何应对电动汽车充电系统的设计挑战？-icspec

如何应对电动汽车充电系统的设计挑战？

来源:电子工程专辑发布时间:2022-04-19

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电动汽车充电需要的不仅仅是充电站车道上的电源插座。电动汽车数量的增加，提高了对电能需求，同时还需改进电网管理系统，提高充电器的能效，整合家庭能源管理。

人们对家庭和办公场所的智能充电以及更快充电有着巨大的需求，这就需要从交流充电器转向直流充电器。此外，还需考虑安全问题，包括对电动汽车电池的认证。用户还希望能够在任何地方充电，既可以随时随地安全支付，也可以将充电与单个中心账户和账单相关联。

安全是核心

充电解决方案必须采用安全元件才能满足ISO 15118等行业标准或相关校准法规（如德国Eichrecht）。例如，恩智浦最新的EdgeLock^®SE05x系列嵌入式安全解决方案，有助于确保整个价值链安全地抵御网络攻击，同时保证连接点的安全性和易用程度。

为了避免未经授权的访问，可以使用基于行业标准NFC的安全协议，通过实体智能卡或智能手机等凭据解锁电动汽车充电站。这些功能还支持其他智慧城市应用，如停车和公共交通。恩智浦的智能卡解决方案能够充分利用其在全球750多个智慧城市建立的大型MIFARE^®免接触式生态系统。

通电

许多充电站都在使用交流电。一般是单相交流电，但使用三相交流电的充电站逐步增加。目前高压直流充电站数量虽少，但在不断增加。相比交流充电站，高压直流充电站功率更高，可缩短充电时间。因此，大多数电动汽车OEM供应商希望共同开发这两种充电方式。这意味着他们可以从恩智浦的技术组件中受益，简化开发并提高复用。

电动汽车充电解决方案

充电站，或称电动汽车电源设备（EVSE），除了与用户交互外，还需要与电网通信，实现负载均衡、汽车到电网（V2G）（符合ISO 15118标准）、智能充电、开放充电点协议（OCPP）和收费等功能。

使用恩智浦的IW620双频解决方案（结合Wi-Fi®和蓝牙），或使用适用于sub-GHz协议的OL2385射频收发器，可将ISM和移动网络添加至通信技术中。这些技术可以与LPC55S69等器件以及PLC等有线通信器件结合使用，LPC55S69是实现NBIoT的理想选择。

与之密切相关还有基于SE05x的安全功能块，通过使用端到端加密技术提供身份验证，实现账单数据等敏感信息的交换。它还可以管理车载充电器（OBC）与后端服务器之间的数据交换。

此控制器板将通过安全和外部通信模块管理主要功能和服务，例如高级通信，以及运行EVSE应用中使用的协议栈。其中包括为V2G通信定义的ISO 15118标准，还可能包括OCPP。恩智浦处理器可选择广泛的性能范围，从MIMX8xx MPU应用处理器到基于Arm^® Cortex^®-M7实时MCU内核的MIMXRT11xx系列，再到基于Cortex-M33的MCU的最新LPC55x系列。

EVSE的系统视图

智能充电

智能挂墙充电箱和充电站通常为云连接。消费者、充电站和云之间的连接通常通过以太网或Wi-Fi 6、Zigbee^®或其他无线技术来处理。智能充电站一般会与智能计量解决方案结合使用，增加了数据处理的数量和复杂性。

充电站云连接（云注册）需要简单的指配和验证流程来保持高安全性。恩智浦通过其SE05x和EdgeLock 2GO服务，为主要云合作伙伴的零接触注册流程提供支持，该服务还可对消费记录和支付数据等敏感用户数据进行身份验证。

另外，服务自动驾驶汽车也对充电站提出了新的要求。自动驾驶汽车需要准确地导航到充电站充电，不用人类或（昂贵的）机器人助手来提供最后一厘米的连接。这一点可以依靠超宽带（UWB）等高精度定位无线技术实现，让自动驾驶车辆能够准确地将自己引导到正确的位置。

云连接参考设计

NXP的云连接电动汽车充电站参考设计EasyEVSE集成了恩智浦的多种产品，帮助客户加快创新并简化设计过程。客户可以在恩智浦的i.MX RT1064跨界MCU上快速加载基于Azure RTOS的应用软件，并将模拟电动汽车充电站安全地连接到Microsoft Azure IoT Central。该参考设计采用恩智浦Kinetis^®计量MCU，其中包括自身的参考设计、原理图和计量软件。由于需要在汽车、电动汽车站和云之间实现安全通信，此参考设计展示了如何利用恩智浦EdgeLock安全元件来满足ISO 15118信息安全和功能安全要求。客户可以将该平台作为完整且具有差异化特点的EVSE系统基础。